Det senaste återförsörjningsuppdraget till den internationella rymdstationen levererade hundratals frön till rymdfartsforskningslabbet i söndags, 17 december, för att testa hur växter växer i den stressiga miljön med noll gravitation.

Detta är det fjärde experimentet med växter i rymden för University of Wisconsin-Madison professor i botanik Simon Gilroy. Hans labb kommer att odla identiska plantor på jorden under det månadslånga experimentet för att jämföra deras tillväxt med och utan gravitation. Forskarna studerar hur växter reagerar på miljöer med låg syrehalt som skapas av förändringar i hur vatten och luft beter sig i noll gravitation.

Ny utrustning kommer att tillåta Gilroy att odla sina växter under ljus på rymdstationen för första gången, ger mer realistiska förhållanden jämfört med tidigare experiment i mörker. I en annan första för Gilroys lag, astronauter kommer att ta bilder av levande växter när de växer med hjälp av mikroskop på rymdstationen.

Fröna levererades till rymdstationen av en SpaceX Dragon-kapsel som sköts upp av en återanvänd Falcon-raket. Efter det NASA-finansierade experimentet avslutas, Astronauter kommer att applicera en fixativ blandning för att stoppa tillväxten innan de fryser växterna för överföring tillbaka till jorden.

Gilroy säger att förlusten av gravitation har överraskande effekter på normalt vardagliga saker, som hur vatten rinner – eller inte.

"Vattnet blir riktigt klibbigt på rymdstationen. Så om du simmade, det skulle bara fastna på ytan på dig, det skulle fastna i din mun och du skulle drunkna, " säger Gilroy. "Och om du vattnar dina växter, vattnet vill fastna på växternas yta och på rötterna, skapa en miljö med låg syrehalt."

Gilroys team vänder sig till Arabidopsis – en liten senapsväxt som är vanlig inom växtforskning – för att svara på deras frågor om växttillväxt utan gravitation. I deras nuvarande experiment, forskarna odlar mutant Arabidopsis som reagerar starkt på stress med låg syrehalt, åtminstone på jorden. De odlar också Arabidopsis-växter som de konstruerat för att producera fluorescerande proteiner som svar på syrebrist. De fluorescerande växterna kommer att avbildas i omloppsbana av astronauter mitt under experimentet.

"Det kommer att ge oss en karta över var i anläggningen det finns lokal stress med låg syrehalt, säger Gilroy.

I ett avsteg från tidigare experiment, Arabidopsis plantor kommer att odlas i ljuset. Uppgraderingen kommer när Gilroys team får tillgång till "veggie"-systemet, som användes 2015 för att odla sallad för astronauter att äta. Veggie utvecklades av Madison-baserade ORBITEC.

När proverna väl är tillbaka på jorden, Gilroys labb kommer att jämföra mönstret för genuttryck hos rymdodlade växter med deras motsvarigheter som odlas på jorden. De kommer också att göra sin egen avbildning av en annan fluorescerande markör för stress. I alla, data kommer att tillåta forskarna att fråga om växterna upplever något som liknar markbunden syrebrist, eller påfrestningar som är unika för att växa i rymden.

Experimentet och besättningens förnödenheter lanserades den 15 december efter flera förseningar, med ett startfönster på en enda sekund. För att förbereda för lanseringen, Gilroy och hans team reste till Kennedy Space Center i Florida för att utföra flera torrkörningar och sätta upp frön i speciella kammare. Sedan, flera dagar före det planerade lanseringsdatumet, forskarna flög ner med tillräckligt med utsäde för att klara sex försenade uppskjutningar. Varje fördröjning som varar mer än två dagar kräver att experimentet återställs helt, annars kan fröna gro innan de kommer till rymden, förstöra experimentet.

När rymdfarande växttillväxtexperiment som Gilroys fortsätter att hopa sig, vad har biologer lärt sig?

"Jag tror att det största vi har är att växter växer bra i rymden, säger Gilroy, noterar att i början av rymdåldern, inte ens det var garanterat. UW-Madison har en lång historia av sådana experiment, går tillbaka till 1967. "Växter växer tillräckligt bra för att, till exempel, gå igenom en hel livscykel. Frågan är hur bra växterna växer. Vi är fortfarande på nivån att ta reda på om frågorna i rymden är inneboende i biologin, eller om vi inte är riktigt bra rymdträdgårdsmästare än."

"Det mänskliga jordbruket har pågått i tiotusentals år på land, ", säger Gilroy. "Och vi är precis i början av rymdjordbruket. Vi har helt enkelt inte gjort tillräckligt för att veta vilka som är de korrekta sätten att göra saker på."